고온 배합 아스팔트(hot mix asphalt, HMA)는 미국의 포장도로 250만 마일(400만 km) 중에서 94 퍼센트에 대해 사용될 정도로 성능이 증명된 포장 재료임. HMA는 아스팔트 바인더와 골재를 고온에서 배합하여 만들어지고, 화씨 275도(섭씨 135도)에서 화씨 325도(섭씨 163도)의 범위 사이에서의 온도로 배합을 다짐함으로써 설치됨. 이렇게 높은 생산 및 설치 온도는 골재의 완벽한 건조, 골재와 바인더의 코팅 및 부착, 그리고 적절한 처리 및 다짐을 위한 작업성을 확실히 하기 위해 필요함. 이러한 절차 모두는 영구적인 변형과 균열에 대한 저항성과 내구성의 관점에서 양호한 도로포장의 성능에 상당히 기여함. 아스팔트 기술에서 최근의 진전 ？ 예를 들어, 폴리머 개조 바인더(polymer-modified binders)와 암석 매트릭스 아스팔트(stone matrix asphalt, SMA) ？ 과 품질 보증과 추후의 양호한 성능을 위한 다짐에 대한 강조는 HMA 배합의 증가와 다짐 온도의 상승 ？ 바인더에 있는 폴리머가 깨지는 화씨 350도(섭씨 177도)까지 ？ 으로 이어졌음. 이러한 고온은 HMA 플랜트로부터의 배출량 증가와 관련이 있음. 추가로, HMA 생산 절차는 골재를 건조시키고 배합 및 다짐 전에 모든 재료를 가열하는데 상당한 에너지를 소비함.

경제, 환경 및 공학적 혜택은 아스팔트 콘크리트 포장 물질에 대한 생산 및 설치 온도의 감소에 대한 동기를 유발함. 설치 및 생산 온도를 낮추고자 하는 과거의 노력은 1950년대 후반까지 거슬러 올라가는데, 여기에는 바인더 형성 절차, 아스팔트 에멀전화(asphalt emulsification), 그리고 불완전한 골재 건조 등이 포함됨.

아스팔트 콘크리트 포장 물질의 설치 및 생산 온도를 낮추기 위해 채택된 최근의 기술은 중온 배합 아스팔트(warm mix asphalt, WMA)임. 이 기술은 가스 배출량을 줄이기 위해 1990년대 중반에 유럽에서 최초로 도입되었음. 이 기술은 2000년대 초반에 미국으로 이전되었음. WMA는 HMA에 사용되는 온도보다 낮은 대략 화씨 50도(섭씨 28도)로 생산되고 설치되는 아스팔트 콘크리트 포장물질로 정의됨. 여러 기술이 여러 다른 매커니즘을 통해 이 정의를 만족시키고, 경제, 환경 및 공학적 혜택을 제공함. 이러한 기술은 바인더, 배합, 혹은 둘 모두의 점성을 낮추어 바인더에 의한 골재의 전체 코팅, 골재와 바인더 간의 충분한 부착, 그리고 더 낮은 온도에서의 배합 다짐성을 가능하게 만듦. 이 기술의 폭넓은 사용과 이러한 혜택의 실현은 상당히 낮은 생산 및 설치 온도에서 HMA 만큼의 내구성과 유사한 성능을 가진 WMA의 생산을 필요로 함.
 

WMA는 다음과 같은 혜택을 제공함:

- 단기적 혜택: 30 ？ 40 퍼센트의 에너지 소비량 감소; 플랜트에서의 배출량 및 악취 감소(30 퍼센트의 이산화탄소 감소); 플랜트와 시공 현장에서 가스의 감소 및 작업 상태의 개선(상당한 먼지 감소); 플랜트 마모 및 비용 감소; 이송 거리의 확대, 도로포장 시공 기간의 연장; 다중 리프트를 가진 도로포장에 대한 건설시간 단축; 작업성 및 다짐성 개선; 초기 비용의 감소
- 장기적 혜택: 노후화(aging) 감소 및 이로 인해 균열에 대한 취약성 감소; 생애주기 비용의 감소

WMA 기술이 다른 나라에서 성공적으로 사용된다 하더라도, 미국에서 적용될 때 많은 의문점이 남아있음. 일부 기술은 초기 비용의 증가로 이어지기도 함. 그러나, 이러한 비용은 수요가 증가하고 일부 WMA 기술에 필요한 추가적인 장비가 쉽게 가용해짐에 따라 감소함. 시행에 대한 다른 장애물로는 다음과 같은 구체적인 성능 및 배합 설계 이슈가 포함됨:

- 단기적 이슈: 시험편을 다지기 전 실험실과 현장에서의 양생; 연구실과 현장에서의 다짐; 바인더로 골재의 코팅; 배합 설계; 노후화 감소로 인한 영구 변형에 대한 취약성 증가 가능성
- 장기적 이슈: 골재의 불완전 건조와 바인더에서의 골재 흡수 차이로 인해 습도에 대한 취약성 증가 가능성

요약하면, 미국에서 WMA 연구와 시행에 대한 폭발적인 증가가 있지만, WMA 기술이 배합 성능에 미치는 영향은 여전히 평가되고 있음.
 

국가 협력 고속도로 연구 프로그램(NCHRP)은 WMA와 관련된 주요 이슈를 다루기 위해 다음의 여섯 가지 연구 프로젝트에 대한 자금을 지원하였음:

배합 설계(NCHRP 프로젝트 9-43: WMA에 대한 배합 설계 사례)
- 전반적인 배합 성능, 공학적 성질, 그리고 배출량(NCHRP 프로젝트 9-47A: WMA 기술의 성질과 성능)
- 습도 취약성(NCHRP 프로젝트 9-49: WMA 기술의 성능 1단계 ？ 습도 취약성)
- 전반적인 장기 현장 성능(NCHRP 프로젝트 9-49A: WMA 기술의 성능 2단계 ？ 장기 현장 성능)
- 배합 설계 및 성능 테스트를 위한 연구실 시험편 준비(NCHRP 프로젝트 9-52: 아스팔트 배합의 단기 실힘실 양생)
- 바인더의 형성 성질과 실험실 시험편 준비(NCHRP 프로젝트 9-53: WMA 적용을 위한 형성 아스팔트의 성질)

NCHRP 프로젝트 9-43이 완료되어, NCHRP 보고서 691(Bonaquist 2011)과 보고서 714(Advanced Asphalt Technologies, LLC 2012)가 그 결과를 문서화함. 여기에는 각각의 WMA 기술 타입에 대한 실험실 시험편 제작 절차와 4 퍼센트의 공기 공극(air voids, AV)에서 최적의 바인더 함량에 대한 선정과 함께 배합 설계 절차가 포함되어 있음. 배합 설계는 또한 작업성, 다짐성, 골재 코팅, 습도 취약성, 그리고 안정성에 근거하여 평가되었음. 습도 취약성은 AASHTO T 283 테스트와 함께 AASHTO M 323에서 정의된 것처럼 인장 강도 비율(tensile strength ratio, TSR)로 측정되었음. 안정성은 AASHTO TP 79에서 정의된 것처럼 흐름 계수(flow number)로 측정되었음. NCHRP 프로젝트 9-47A에 대한 중간 보고서가 가용하고, WMA 바인더의 공학적 성질과 배합, 관련 현장 성능 간의 상관관계를 구축하기 위한 광범위한 현장 실험이 진행 중에 있음. NCHRP 프로젝트 9-49A는 2011년 봄에 시작하였고, NCHRP 프로젝트 9-52와 9-53은 2012년 여름에 시작하였음. 이러한 WMA 프로젝트에 더하여, NCHRP는 또한 NCHRP 프로젝트 9-48(현장과 실험실의 부피 및 기계적 특성 비교, Field Versus Laboratory Volumetric and Mechanical Properties)를 지원하고 있는데, 이 프로젝트에서는 뎌러 다른 시험편 타입 ？ 실험실 배합 실험 다짐(laboratory-mixed laboratory-compacted, LMLC) 시험편, 플랜트 배합 실험실 다짐(plant-mixed laboratory-compacted, PMLC) 시험편, 그리고 플랜트 배합 현장 다짐(plant-mixed field-compacted, PMFC) 시험편 ？ 이 평가되고 있음. NCHRP 프로젝트 9-48에 대한 중간 보고서도 가용함.

NCHRP 프로젝트 9-49와 관련 NCHRP 프로젝트 간의 정보와 데이타는 배합 설계와 시험편 제작 프로토콜, 실험실 테스트와 현장 성능 간의 상관관계, 그리고 부피 및 기계적 성질에서의 차이점에 대한 평가의 관점에서 NCHRP의 분기별 보고서와 다른 소통수단을 통하여 공유되었음.

NCHRP 프로젝트 9-49는 WMA의 습도 취약성에 중점을 두었음. WMA 도로포장에서 습도 취약성을 파악하고 제한하기 위한 안내서를 개발하기 위해 LMLC 시험편, PMLC 시험편, 그리고 PMFC 시험편이 평가되었음. 이러한 목적을 맞추기 위해, 이 프로젝트는 WMA 실험실 양생, WMA 습도 취약성, 그리고 WMA 성능의 진화 실험을 설계하고 완료하였음. 이러한 절차는 이 보고서의 제 2장에서 서술되어 있고, 그 결과는 다음의 내용을 담고 있음:

- 습도 취약성에 대한 증거와 추후 조사를 위한 작업 계획과 함께 현재의 WMA 포장에 대한 파악과 사전적인 평가
- WMA와 HMA에 대한 프로토콜을 제안하기 위한 습도 취약성 테스트 전에 WMA에 대한 양생 프로토콜의 평가
- 습도 취약성을 예측하는 표준 테스트 방법과 이러한 취약성을 최소화하기 위한 방법에 대한 평가
- LMLC 시험편, PMLC 시험편, 그리고 PMFC 시험편에 대한 WMA 습도 취약성의 비교
- 시간에 따른 성능의 진화와 가능한 원인을 파악하기 위한 WMA 도로포장의 평가

이러한 기술적 보고서는 다음의 내용과 함께 최종 프로젝트 보고서와 부록에 문서화되어 있음:

- WMA에서 습도 취약성을 파악하고 최소화하기 위한 지침서의 제안
- WMA에서 습도 취약성을 예방하기 위한 효과적인 실험실 테스트 방법과 성능 관련 기준에 있어서 미래 연구 프로젝트에 관한 작업 계획
- AASHTO R 35의 부록에 대한 수정 제안